嵌入式远程智能汽车监控系统的设计与应用*

边 文 俊，边 疆

(1. 包头师范学院 信息科学与技术学院,内蒙古 包头 014030；2.包头国家稀土高新技术产业开发区 招商局,内蒙古 包头 014010)

1 前言

随着汽车工业的快速发展和人民生活水平的不断提高，汽车已然成为人们生活中必不可少的一部分，根据统计截至2013年底，全国机动车拥有量为2.53亿辆，其中汽车达到1.41亿辆，中国现已成为全球第一大汽车市场。作为物联网技术在汽车行业的重要应用，汽车移动物联网已经被列入国家重大专项支持计划，并且将物联网取得重大成果给我国汽车行业带来了巨大的商机，车联网已经成为汽车企业关注的焦点。

电子通讯技术在汽车领域的应用，已经成为汽车设计、研究部门考虑汽车结构革新的重要因素。汽车即将成为移动的多媒体信息中心，与办公场所、家庭住宅通过先进的通信技术密切相关，充分体现了“无缝移动通讯”的互联要求，其发展趋势正是灵活性、数字化、互联性、整合性及私密性。随着电控器件在汽车行业越来越多的应用，汽车电子的网络化功能将得到进一步的拓展，从最初的多子系统分别工作发展到分布式模块化控制器网络化。并且，汽车车载电子设备间的数据通信也将变得越来越重要。因此智能汽车的概念也将日益成熟，智能的汽车已经成为21世纪的主要研究方向之一。

2 前景分析

汽车联网系统是指通过在车辆仪表台安装车载终端设备，实现对汽车所有工作情况和静态、动态信息的采集、存储并发送。系统可分为三大部分：即车载终端、云计算处理平台和数据分析平台，根据不同的行业对汽车的不同功能需求实现有效监控管理。汽车的运行往往涉及多项开关量、传感器模拟量和CAN信号数据等等，驾驶员在操作汽车运行过程中，产生的车辆数据信息不断地发送到后台数据库，形成了海量数据，然后由云计算平台实现对海量数据的“过滤清洗”，最终数据分析平台对数据进行报表式处理后供管理人员查看。

汽车联网即是一个新的概念，实际上正是在原来的基础上集中发展的。汽车联网是一个重大的系统工程，是通讯网、传感网和服务网的集成体系。它是一个战略新兴产业，具有良好的效益，能够带动一批相关产业的发展。汽车联网是汽车业、通讯业和信息业的融合，这三大产业正是我国的战略新兴产业。根据专家分析估计，物联网未来的产业规模将是互联网产业的30倍，汽车联网未来产值将占到物联网的20%-30%，据此估算未来汽车联网的产值将是互联网的6倍以上；根据权威人士发布的《物联网产业发展研究(2010)》报告，中国的物联网产业总体规模，预计到2015年将要超过1万亿、2020年将要超过5万亿。据此分析，2015年中国汽车联网市场规模将达到2000亿元，2020年将要达到1万亿元，这是万亿元级别的新型产业，市场潜力巨大。

3 系统基本工作原理

嵌入式远程智能汽车监控系统，就是通过移动互联网技术将互联网和汽车结合起来，采集汽车中的各种实时信息和数据，包括车内人员的信息、车辆状态和位置信息等，以移动互联网进行信息传输，实时上传到互联网平台上进行存储和处理，并且可以使用电脑或手机等终端设备，将用户实际所需的信息，通过移动互联网，以文字、声音和图像的方式展现给车内的人员。以实现汽车联网、远程控制和信息自由获取的目的。

嵌入式远程智能汽车监控系统是一个基于物联网的车载智能化产品。系统实时采集汽车的各种相关信息，并通过移动互联网的方式将这些信息交付于用户，以便用户、管理部门或云平台进行分析和处理，同时再次通过移动互联网将处理结果反馈给系统，进行适当的处理达到了智能控制的目的。用户或管理部门也可通过国际互联网平台或移动互联网平台，对汽车的各种状态进行查询、控制和信息交流等，便于用户和管理部门随时对汽车状况进行掌握和控制。其详细功能如下：

1)手机拨打终端进行语音提示操作：对系统功能的设置和开启，用户可以通过手机拨打终端号码的方式来操作，终端将通过语音的方式提示用户各种功能的使用方式。

2)国际互联网和移动互联网的实时操作：对系统功能的设置和开启，用户可以通过国际互联网与移动互联网进行操作。

3)实时监听：用户可以通过手机拨打终端号码对车内当前声音进行实时监听。

4)手机远程实时获取汽车前方与车内图像:用户可以通过手机彩信的方式获取汽车前方和车内的实时图像。

5)手机远程开启和关闭汽车前方和车内实时视频录像:用户可以通过手机远程开启和关闭汽车前方和车内的实时视频录像。

6)手机实时查询汽车位置：用户可以通过手机彩信的方式获取汽车当前的地理位置，并将以地图的形式显示进行导航。

7)行车记录(黑匣子)：系统具备行车记录仪的功能，可以在行驶过程中与停车状态下，进行实时的录像，行驶过程中的录像将在ACC打开以后自动完成，停车过程中的录像需通过手机控制，该功能也可以通过系统上的录像键来启动。

8)一键救援:后视镜可以通过设置一个固定的电话号码，在紧急情况下可以按下救援键，将一键接通该电话号码，该号码可以设置成110或者亲人等任何号码。

9)电子围栏:停车以后可通过互联网平台，对汽车当前的位置设置电子围栏，即以汽车当前坐标为中心，设置好一个任意形状的区域，当在电子围栏没有被取消的情况下，汽车以正常或非正常的方式驶出或移出该区域，则进行报警以便提醒用户。

10)历史轨迹：可以通过互联网平台查出汽车过去所行使过的路线，并以连续路径的方式展示给用户。

11)里程统计：可以通过互联网平台对汽车此前产生的里程进行统计，并以报表的方式展示，可以以月或者日为单位统计。

12)汽车当前位置跟踪和实时状态：可以通过互联网锁定当前汽车所处的位置和查询实时状态，如ACC状态。

13)停车时间的统计：可以通过互联网对汽车以往的停车时间进行统计，并以月为单位也可以以日为单位统计。

14)超速和超载报表：可以通过互联网平台设置一个标准速度与标准负载，当车辆超速或超载时将对其进行统计，并以报表的形式显示。

15)后台信息发布和语音播报：可以通过互联网平台向终端发布重要信息，信息将在系统终端的显示屏上显示，并以真人播报语音的方式向用户广播。

16)车辆调度：可以通过互联网平台对车辆进行调度并且规划车辆行驶的路线。

17)远程诊断：可以通过互联网平台，通过对系统的OBDII接口对汽车进行远程故障诊断,随时掌握汽车的状况。

18)自动控制：当有人非法砸车或移动车时，系统自动断开电路或油路，并及时将现场情况发送到车主的手机和110。

19)蓝牙电话：可以使用系统的蓝牙功能来实现用户手机与车辆的对接,便可实现蓝牙免提通话和共享上网等。

20)RFID读取：通过使用系统的RC500通信模块对驾驶者的RFID卡进行识别,同时上传到服务器,以便实现企业对员工的管理。

3.1 系统硬件结构框架

嵌入式远程智能汽车监控系统的基本工作原理是，使用互联网技术和移动通信技术,将用户的车辆和互联网平台进行有机的互联,用户可以通过互联网平台或者手机,对车辆进行远程实时交互,随时掌握车辆的使用情况。

系统以移动通信技术为基础，包含GSM通信功能，GPS全球定位功能，支持前后双摄像头监控，支持车内音频输入/输出，支持LCD显示，支持蓝牙通信，支持RFID识别，支持USB传输，支持TF存储卡，支持车辆OBDII故障诊断，支持串行通信，支持车辆CAN总线的接入。其中

1)GSM通信用以实现系统和互联网以及通话语音网进行连接；

2)GPS主要用以全程位置信息的获取；

3)前后双摄像头用以获取车内外的视频图像信息；

4)音频输入输出用以通话和监听；

5)LCD显示用以图文展现系统操作及后台信息；

6)蓝牙通信用以实现用户手机免提通话；

7)RFID识别用以实现远程身份识别；

8)USB传输用以实现系统数据输入和输出；

9)TF卡用以实现系统的数据存储；

10)OBDII故障诊断用于实现远程故障诊断的数据采集；

11)串行通信用以扩充外围设备；

12)CAN总线接入用以实现采集车辆的各种状态信息和传递控制信息。

嵌入式远程智能监控系统主要由传感器部分，控制器部分，通信部分以及人机交互部分，服务平台部分以及应用部分构成。其中控制器和服务平台为核心部分。工作原理分为主动方式和被动方式。

主动方式：

1)控制器通过无线通信的方式，对车辆的有关信息进行数据采集；

2)经控制器处理后，将有关信息数据上传到系统服务平台，报警信息直接传送到用户预先设定的终端设备；

3)通过预先设定好的条件，对输入输出接口进行控制；

4)服务平台通过分析和处理后，将常规的信息存入数据库，将突发信息主动传送到用户预先设定好的终端设备；

5)用户通过应用终端对这些信息进行查询与监控，同时也可发出操作指令，通过服务平台传回到控制器；

6)控制器通过分析用户发出的控制指令，对有关的设备或设施进行操作和控制，达到了智能控制的目的。

图1：系统原理框图

被动方式：

1)用户通过终端设备来访问服务平台，发出操作指令；

2)服务器将指令传送到控制器；

3)控制器通过分析该指令对传感器进行数据采集或对接口进行控制；

4)控制器将执行结果传回到服务器，服务器经过处理后再将结果反馈给用户终端。

3.2 通信接口与GPS接入设计

防盗器中设计了两种型号的接口：一种是2个USB接口，USB1与USB2分别连接了两个微型摄像头从两个不同角度采集盗贼的图像；另一种是2个RS232通信串口，用于GPS模块与GPRS模块，因为ARM7提供的是TTL电平的标准口UART，而GPS模块与GPRS模块的串行通信口属于RS232电平标准，两者不能直接进行连接，而且需要设置TTL与-RS232电平转换，本设计中使用了MAX3232来实现电平转换的功能。图2正是电平转换接口电路图。

GPRS模块选用的是西门子公司生产的MC55模块，它具有体积小、可靠性高、使用灵活等特点。GPS模块选用的是惠普公司生产的HPBTG-10H模块，它是性价比较高的GPS模块.，也是目前GPS接收机上使用最为广泛的模块，串口数据传输速率为9600bps，无校验位，8位数据位，1位停止位。经纬度信息包含在MYM GPGGA字段中，例如：MYMGPGGA,112320,3939.9999, N, 10658. 9998, E, 1, 08…

图2:多边形图形栅格数据结构

其中：

112320——格林威治时间11：23：20;

3939.9999, N-——北纬39 度39.9999 分;

10658.9998, E——东经106度58.9998分;

定位指示: 0= invalid、1= GPS f ix、2= DGPS f ix ;

08——所跟踪到的卫星颗数;

GPS信号接收的流程：系统启动以后，首先进行初始化，分别初始化串口与GPS模块，打开串口后接收到NEMA格式的GPS数据，并将其与标准的信号格式进行比较，检验这些数据是否有效，如果有效，提取相关的经纬度信息和时间等关键信息，否则继续接收数据。GPS接收到数据信息以后，通过RS232串口将数据传送到处理器中进行处理。

4 结束语

通过对此系统的研发工作，可以了解并且掌握嵌入式远程智能汽车监控系统如何将单片机技术与网络通讯技术有效整和，首次把嵌入式可配置操作系统ECOS用于汽车监控防盗，并将自动定位与自动跟踪等先进技术用于该系统。成功地依托GSM/GPRS通讯网络与GPS全球定位系统，实现手机电话、Internet和汽车的智能联动防盗，具有防盗反劫、实时监控、一键救援、双摄像头支持、远程控制、区域定位、车辆调度等多种强大的功能。该系统为公安人员破案提供了重要的依据，使犯罪分子难以逃脱法网，使整个社会更加稳定。

掌握了这项技术以后，很容易将其推广应用到楼宇设备安全监控、野外的数据采集及监控、水利水情的监控、环境远程监测、供热系统监测、自来水管网监测与管道煤气监测等各个领域。它的最大优点是利用了公用的移动通信网，能够快速建立网络，通信可靠，投资少，具有很强的实用性与经济价值。随着我国移动通信网的快速发展，其应用前景效果良好。

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